1Wprowadzenie

Elektrownia wodna jest ważnym i odnawialnym źródłem energii, które odgrywa kluczową rolę w globalnym miksie energetycznym.Podczas eksploatacji elektrowni wodnych, różne elementy wytwarzają ciepło, a efektywne zarządzanie ciepłem jest niezbędne do zapewnienia stabilnej i niezawodnej pracy.Płytkowe wymienniki ciepła stały się popularnym wyborem dla zastosowań w zakresie transferu ciepła w elektrowniach wodnych ze względu na ich unikalne właściwości.

2Zasada działania płytowych wymienników ciepła

Wymiennik ciepła składa się z szeregu cienkich, falistych płyt metalowych, które są ułożone razem.Płyty te są oddzielone przez uszczelki, aby utworzyć nawzajem kanały dla ciepłych i zimnych płynów. Gdy ciepły płyn (np. gorąca woda lub olej) i zimny płyn (zwykle woda chłodząca) przepływają przez swoje odpowiednie kanały,ciepło jest przenoszone z ciepłego płynu do zimnego płynu przez cienkie ściany płytWzornictwo faliste płyt zwiększa powierzchnię powierzchni dostępną do przenoszenia ciepła i promuje turbulencje w przepływie płynu, zwiększając efektywność przenoszenia ciepła.

Matematycznie prędkość przenoszenia ciepła (Q) w wymienniku ciepła płytkowego może być opisana w postaci wzoru:

Q=U*A*δTlm

gdzie (U) jest całkowitym współczynnikiem przenoszenia ciepła, (A) jest powierzchnią przenoszenia ciepła, orazδTlm jest logarytmiczną średnią różnicy temperatury między ciepłymi i zimnymi płynami.umożliwiające efektywne przenoszenie ciepła.

3Zastosowanie płytowych wymienników ciepła w elektrownie wodnej

3.1 Chłodzenie olejem smarowym w turbinie

Turbina w elektrowni wodnej jest kluczowym elementem. Olejek smarowy stosowany do smarowania łożysk turbiny i innych ruchomych części może się podgrzać podczas pracy z powodu tarcia.Wysokie temperatury mogą pogorszyć właściwości smarowe oleju i uszkodzić elementy turbiny. Płyty wymienników ciepła są używane do chłodzenia oleju smarowego. Gorący olej smarowy przepływa przez jedną stronę wymiennika ciepła płyty, podczas chłodzenia wody z odpowiedniego źródła (takich jak rzeka,jezioroCiepło jest przenoszone z gorącego oleju do wody chłodzącej, co obniża temperaturę oleju smarowego i zapewnia jego prawidłowe działanie.

Na przykład w dużej elektrowni wodnej z turbiną o dużej mocy można zainstalować płytkowy wymiennik ciepła o dużym obszarze przesyłu ciepła.Przepływ wody chłodzącej można regulować zgodnie z temperaturą oleju smarowego, aby utrzymać temperaturę oleju w optymalnym zakresie, zazwyczaj około 40 - 50 °C. Pomaga to wydłużyć żywotność turbiny i poprawić ogólną wydajność procesu wytwarzania energii.

3.2 Chłodzenie generatora

Generatory w elektrowniach wodnych wytwarzają znaczną ilość ciepła podczas pracy.Wymienniki ciepła płytkowe mogą być stosowane w systemach chłodzenia generatorówW niektórych przypadkach wykorzystuje się generatory chłodzone wodą, gdzie gorący płyn chłodzący (zwykle woda dejonizowana), który wchłonął ciepło z komponentów generatora, przepływa przez wymiennik ciepła płyty..Woda zimna ze źródła zewnętrznego (np. obieg wody chłodzącej) wymienia ciepło z ciepłym płynem chłodzącym,chłodzenie, aby można było je ponownie przesyłać do generatora w celu dalszego pochłaniania ciepła.

Oprócz generatorów chłodzonych wodą, istnieją również generatory chłodzone wodorem.Wymienniki ciepła płytkowe mogą być nadal używane w układzie chłodzenia wodorowymNa przykład do chłodzenia gazu wodorowego po wchłonięciu ciepła z generatora można wykorzystać wymiennik ciepła.Zimny płyn (np. woda lub czynnik chłodniczy) w wymienniku ciepła chłodzi gorący gaz wodorowy, utrzymując odpowiednią temperaturę wodoru i zapewniając sprawną pracę generatora.

3.3 Chłodzenie wodą uszczelniającą

W turbinach hydraulicznych woda uszczelniająca jest używana do zapobiegania wyciekowi wody z bieżnika turbiny.a jego podwyższona temperatura może mieć wpływ na wydajność uszczelnianiaW celu schłodzenia wody uszczelniającej instalowane są wymienniki ciepła na płytkach.Utrzymując odpowiednią temperaturę wody, zachowana jest integralność uszczelnienia, co zmniejsza ryzyko wycieku wody i zwiększa wydajność pracy turbiny.

3.4 Chłodzenie urządzeń pomocniczych

Elektrownie wodne posiadają różnorodne urządzenia pomocnicze, takie jak transformatory, pompy i sprężarki, które również wytwarzają ciepło podczas pracy i wymagają chłodzenia.Wymienniki ciepła mogą być stosowane do chłodzenia oleju smarowego lub wody chłodzącej tych urządzeń pomocniczychNa przykład w transformatorze olej izolacyjny może się rozgrzać z powodu strat w rdzeniu i uzwojeniach transformatora.zapewnienie bezpiecznej i stabilnej pracy transformatoraPodobnie w przypadku pomp i sprężarek wymienniki ciepła płytkowe mogą chłodzić olej smarowy lub płyn procesowy, zwiększając niezawodność i żywotność tych urządzeń pomocniczych.

4Zalety stosowania płytowych wymienników ciepła w elektrowniach wodnych

4.1 Wysoka wydajność transferu ciepła

Jak wspomniano wcześniej, konstrukcja płyt falistej wymienników ciepła płyt zapewnia dużą powierzchnię przeniesienia ciepła.Turbulencje powstałe w wyniku fal również poprawiają współczynnik przenoszenia ciepłaW porównaniu z tradycyjnymi wymiennikami ciepła w formie muszli i rur, wymienniki ciepła z płytki mogą osiągać znacznie wyższe współczynniki przenoszenia ciepła.Ta wysoka sprawność oznacza, że do osiągnięcia tego samego poziomu rozpraszania ciepła wymagana jest mniej wody chłodzącej, zmniejszając zużycie wody i energię potrzebną do pompowania wody chłodzącej.

Przykładowo, w zastosowaniu chłodzenia generatorów, wymiennik ciepła płytkowy może przenosić ciepło o całkowitym współczynniku przenoszenia ciepła w zakresie 2000 - 5000 W/ ((m2·K),natomiast wymiennik ciepła w formie muszki i rurki może mieć współczynnik 1000 - 2000 W/ ((m2·K)Ta wyższa wydajność pozwala na bardziej kompaktowy i energooszczędny system chłodzenia w elektrowni wodnej.

4.2 Konstrukcja kompaktowa

Płytkowe wymienniki ciepła są znacznie bardziej kompaktowe niż wiele innych rodzajów wymienników ciepła.gdzie miejsce może być ograniczone, zwłaszcza w obszarach o złożonych układach urządzeń, kompaktowa konstrukcja wymienników ciepła płytkowych jest bardzo korzystna.zmniejszenie całkowitego odcisku wody w systemie chłodzenia.

Na przykład przy modernizacji istniejącej elektrowni wodnej w celu poprawy jej zdolności chłodzącej,Kompaktowy charakter wymienników ciepła na płytkach umożliwia dodanie nowych jednostek wymienników ciepła bez większych zmian w istniejącej infrastrukturze, oszczędzając czas i koszty.

4.3 Łatwe utrzymanie

Modułowa konstrukcja wymienników ciepła płytka sprawia, że są one stosunkowo łatwe w utrzymaniu. Płyty mogą być łatwo dostępne i usunięte do czyszczenia lub wymiany.gdzie woda chłodząca może zawierać zanieczyszczenia, które mogą powodować skażenie powierzchni przeniesienia ciepłaW przypadku awarii uszczelki lub uszkodzenia płyty można ją wymienić indywidualnie, minimalizując czas przestoju urządzenia.

Regularna konserwacja płytowych wymienników ciepła w elektrowniach wodnych obejmuje zazwyczaj wizualne sprawdzanie płyt pod kątem oznakowania korozji lub skażenia, sprawdzanie integralności uszczelnień,i czyszczenie talerzy przy użyciu odpowiednich środków czyszczącychTa łatwa konserwacja zapewnia długoterminowe niezawodne działanie wymienników ciepła i całej elektrowni wodnej.

4.4 Koszt - efektywność

Chociaż początkowy koszt wymiennika ciepła może być nieco wyższy niż niektóre podstawowe rodzaje wymienników ciepła, ich długoterminowa efektywność kosztowa jest oczywista.Ich wysoka wydajność przesyłu ciepła zmniejsza zużycie energii związane z chłodzeniemKompaktowa konstrukcja zmniejsza również koszty instalacji, ponieważ do ich instalacji potrzeba mniej miejsca.łatwość konserwacji i długi okres użytkowania wymienników ciepła płytkowych przyczyniają się do ogólnych oszczędności kosztów eksploatacji elektrowni wodnych.

5Wyzwania i rozwiązania w zastosowaniu wymienników ciepła w elektrowniach wodnych

5.1 Uszkodzenie

Woda chłodząca stosowana w elektrowniach wodnych może zawierać zawieszone ciała stałe, mikroorganizmy,i inne zanieczyszczeniaSubstancje te mogą osadzać się na powierzchniach przeniesienia ciepła wymiennika ciepła płytkowego, zmniejszając efektywność przenoszenia ciepła.konieczne jest wstępne oczyszczenie wody chłodzącejSystemy filtracyjne mogą być zainstalowane w celu usuwania zawieszonych materiałów stałych, a chemiczne oczyszczanie może być stosowane w celu kontrolowania wzrostu mikroorganizmów.

Ponadto konieczne jest regularne czyszczenie wymiennika ciepła płyty.może być stosowany do usuwania osadów z powierzchni płytMożna również stosować środki czyszczące chemiczne, ale należy zadbać o to, aby nie uszkodziły one płyt lub uszczelnień.

5.2 Korrozja

Woda chłodząca w elektrowniach wodnych może być w pewnym stopniu korozyjna, zwłaszcza jeśli zawiera rozpuszczone sole lub kwasy.zmniejszenie jego długości życia i wydajności. Aby zapobiec korozji, materiały wymiennika ciepła płyty są starannie dobrane. Płyty ze stali nierdzewnej są powszechnie stosowane ze względu na ich dobrą odporność na korozję.można stosować materiały bardziej odporne na korozję, takie jak tytan, zwłaszcza gdy woda chłodząca jest silnie korozyjna.

Na powierzchniach płyt można również nakładać powłoki zapewniające dodatkową warstwę ochrony przed korozją.Systemy ochrony katodowej mogą być zainstalowane w obwodzie wody chłodzącej w celu dalszego zmniejszenia ryzyka korozjiRegularne monitorowanie szybkości korozji wymiennika ciepła płyty jest ważne, aby wykryć wszelkie wczesne oznaki korozji i podjąć odpowiednie środki.

5.3 Spadek ciśnienia

Przepływ płynów przez wymiennik ciepła powoduje spadek ciśnienia.może zwiększyć zużycie energii przez pompy wykorzystywane do cyrkulacji płynówW celu optymalizacji spadku ciśnienia należy dokładnie rozważyć konstrukcję wymiennika ciepła płytkowego.i układ przepływu (równoległy lub przeciwprzepływ) mogą wpływać na spadek ciśnienia.

Na etapie projektowania można wykorzystać symulacje obliczeniowe dynamiki płynów (CFD) w celu przewidzenia spadku ciśnienia i optymalizacji parametrów projektowych.przepływy ciepłych i zimnych płynów mogą być regulowane w celu zrównoważenia skuteczności przenoszenia ciepła i spadku ciśnieniaW razie potrzeby można zainstalować dodatkowe pompy w celu zrekompensowania spadku ciśnienia, ale należy to zrobić z uwzględnieniem ogólnej efektywności energetycznej systemu.

6Wniosek

Wymienniki ciepła płytkowe mają szeroki zakres zastosowań w elektrowniach wodnych i oferują liczne zalety, takie jak wysoka wydajność przesyłu ciepła, kompaktowa konstrukcja, łatwa konserwacja,i efektywności kosztowejOdgrywają one istotną rolę w chłodzeniu różnych elementów elektrowni wodnych, zapewniając stabilną i wydajną pracę procesu wytwarzania energii.korozja, a spadek ciśnienia musi zostać rozwiązany poprzez odpowiednie strategie projektowania, oczyszczania wody i konserwacji.Wraz z ciągłym postępem technologii wymienników ciepła i rosnącym zapotrzebowaniem na czystą i wydajną energię, spodziewane jest, że płytowe wymienniki ciepła będą nadal odgrywać ważną rolę w rozwoju i eksploatacji elektrowni wodnych w przyszłości.